オペアンプを使った電圧増幅回路(差動増幅回路)

差動増幅回路

 

 オペアンプを使った差動増幅回路(計装アンプ/インスツルメンテーションアンプとも呼ばれる)をiCircuitを使ってシミュレートしてみました！

 これで両方の入力に共通する信号(ノイズ等)を除去して、純粋に2つの入力信号電圧間の差を増幅出来ます！

1. 差動増幅回路

 オペアンプを使った差動増幅回路は図1の通りです。
 差動増幅回路の抵抗は、基本的に「R1=R2」、「Rf=Rg」として使用します。
 図1より、オペアンプの「+」と「－」に入力した電圧差が、抵抗Rfに比例・R1に反比例して増幅され出力されます。

 この回路における電圧(V1、V2)と抵抗(R1、Rf)の間には式1の関係があります。

図1：差動増幅回路の各部名称

V0ut　＝　(Rf　÷　R1)(V1　－　V2)・・・式1

  

2. シミュレート！

 図1の回路について、抵抗「R1：Rf」を「2kΩ：1kΩ」、「1kΩ：1kΩ」、「1kΩ：2kΩ」と変えた際に出力される電圧を図2、3、4の通りシミュレートしてみました！

※オペアンプの電源：±15V

※オペアンプの電源電圧を超える出力電圧は得られません。

2.1 抵抗「2：1」

 抵抗「R1：Rf ＝ 2kΩ：1kΩ」とした回路に、0，1，2，3Vを入力した条件で図2の通りシミュレートしてみました。

 出力される電圧は表1の通り入力電圧差の0.5倍です。

図2：入力電圧差を0.5倍に増幅

表1：図2回路における入力電圧差と出力電圧の関係

入力電圧差(V1-V2)	出力電圧(V)
-3	-1.5
-2	-1.0
-1	-0.5
0	0.0
1	0.5
2	1.0
3	1.5

 

2.2 抵抗「1：1」

 抵抗「R1：Rf ＝ 1kΩ：1kΩ」とした回路に、0，1，2，3Vを入力した条件で図3の通りシミュレートしてみました。

 出力される電圧は表2の通り入力電圧差の1倍です。

図3：入力電圧差を1倍に増幅

表2：図3回路における入力電圧差と出力電圧の関係

入力電圧差(V1-V2)	出力電圧(V)
-3	-3
-2	-2
-1	-1
0	0
1	1
2	2
3	3

 

2.3 抵抗「1：2」

 抵抗「R1：Rf ＝ 1kΩ：2kΩ」とした回路に、0，1，2，3Vを入力した条件で図4の通りシミュレートしてみました。

 出力される電圧は表3の通り入力電圧差の2倍です。

図4：入力電圧差を2倍に増幅

表3：図4回路における入力電圧と出力電圧の関係

入力電圧差(V1-V2)	出力電圧(V)
-3	-6
-2	-3
-1	-2
0	0
1	2
2	4
3	6

 

3. まとめ

 電源ノイズが酷い環境で測定する装置等に使えそうです！

 

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